(57)【要約】  オーバーシュートの発生を抑えることができるとともに、機械負荷から対象物に作用する力学的物理量の物理量指令値に対する追従性を向上させることができるモータ制御装置を提供する。モータ２の駆動は、モータ制御装置本体１０によって制御される。モータ制御装置本体１０は、圧力指令信号生成部１１、圧力制御部１２、速度制御部１３及び電流制御部１４を有している。圧力指令信号生成部１１は、圧力指令値を微分した値が加圧対象物の弾性定数Ｋ、及びモータ最大速度Ｖmaxの積以下になるように圧力指令値を生成する。圧力制御部１２は、圧力制御演算を実行して、圧力指令値と実圧力値との偏差に応じたモータ速度指令値を算出し、そのモータ速度指令値の信号であるモータ速度指令信号１２ａを生成する。
2011145476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体を備え、
前記モータ制御装置本体は、
前記対象物の弾性定数、及び前記モータの最大速度の情報を予め記憶し、
前記物理量指令値を微分した値が、前記対象物の弾性定数、及び前記モータの最大速度の積以下になるように前記物理量指令値を生成する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体を備え、
前記モータ制御装置本体は、
前記対象物の弾性定数の情報と、前記モータの最大速度の情報と、前記モータの最大トルク及び最大推力のいずれか一方の情報と、前記電動機構の機構総イナーシャ及び機構総質量のいずれか一方の情報とを予め記憶し、
前記物理量指令値を二回微分した値を、前記対象物の弾性定数で割って、前記機構総イナーシャあるいは前記機構総質量を乗じて得られる値が、前記最大トルクあるいは前記モータ最大推力以下になるように、前記物理量指令値を生成する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体を備え、
前記モータ制御装置本体は、
前記対象物の弾性定数の情報と、前記モータの最大速度の情報と、前記モータの最大トルク及び最大推力のいずれか一方の情報と、前記電動機構の機構総イナーシャ及び機構総質量のいずれか一方の情報と、前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量を一定に保持するための前記モータの保持トルク及び保持推力のいずれか一方の情報とを予め記憶し、
前記物理量指令値を二回微分した値を、前記対象物の弾性定数で割って、前記機構総イナーシャあるいは前記機構総質量を乗じて得られる値が、前記最大トルクと前記保持トルクとの差以下、あるいは前記最大推力と前記保持推力との差以下になるように、前記物理量指令値を生成する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ制御装置本体は、前記物理量指令値を微分した値の変化パターンが、三角形状あるいは台形状となるように、前記物理量指令値を生成する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象物に機械負荷を押し当てるためのモータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機やプレス成形機等の各種成形機や、ボンディング機械等の加工装置（加工機械）では、電動機構（機械駆動部）がモータによって駆動されて、加圧対象物に圧力を加える。また、このような加工装置では、一般的に、加圧対象物である成形材料等やワークに機械負荷が押し当てられたときの圧力値である実圧力値が検出され、この検出された実圧力値と圧力指令値とに基づいて圧力制御が行われる。このような圧力制御によって、実圧力値が圧力指令値に追従するようにモータの電流指令値が算出される。【０００３】
このような圧力制御では、圧力指令値の信号である圧力指令信号として、目標とする圧力値を最終値とするステップ状の信号が用いられることが多い。しかしながら、ステップ状の圧力指令信号を与えて制御を行うことによって、実圧力値が目標値を超えてしまう現象であるオーバーシュートが発生する。このようなオーバーシュートが発生することによって、成形機やボンディング機械における圧力制御においては、目標圧力の値よりも過大な実圧力値が生じるため、成形品や加工品の品質に悪影響を及ぼす。【０００４】
これに対して、例えば特許文献１に示すような従来装置では、圧力指令信号として、略直線的な割合で上昇させて、目標とする目標圧力に到達する信号が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示すような従来装置では、圧力指令値を具体的にどの程度の割合で略直線的に上昇させてよいか、即ち、直線の傾きを具体的に決める指標がない。このため、傾きが比較的小さい場合には、オーバーシュートは発生しなくなるが、傾きが小さいことはそれだけ目標とする圧力に到達するのが遅れることを意味する。これによって、機械動作時間が延びる等の不都合が生じる。他方、直線の傾きが比較的大きい場合には、ステップ状の圧力指令信号を与えた場合と同様にオーバーシュートが発生するという問題がある。【０００７】
なお、このような問題は、圧力制御のみならず、力制御でも同様に発生する。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、オーバーシュートの発生を抑えることができるとともに、機械負荷から対象物に作用する力学的物理量の物理量指令値に対する追従性を向上させることができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のモータ制御装置は、モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるものであって、前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体を備え、前記モータ制御装置本体は、前記対象物の弾性定数、及び前記モータの最大速度の情報を予め記憶し、前記物理量指令値を微分した値が、前記対象物の弾性定数、及び前記モータの最大速度の積以下になるように前記物理量指令値を生成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のモータ制御装置によれば、モータ制御装置本体が、物理量指令値を微分した値が対象物の弾性定数、及びモータの最大速度の積以下になるように物理量指令値を生成するので、物理量指令値の変化の傾きがモータの最大速度に対応した値となることから、オーバーシュートの発生を抑えることができるとともに、機械負荷から対象物に作用する力学的物理量の物理量指令値に対する追従性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図２】図１の圧力指令信号生成部の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の圧力指令信号生成部によって算出される圧力指令値の変化を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態２によるモータ制御装置の一部を示すブロック図である。
【図５】図４の圧力指令信号生成部の動作を示すフローチャートである。
【図６】圧力指令値の微分値の変化を説明するためのグラフである。
【図７】圧力指令値の微分値の変化を説明するためのグラフである。
【図８】この発明の実施の形態３によるモータ制御装置の一部を示すブロック図である。
【図９】図８の圧力指令信号生成部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるモータ制御装置を示すブロック図である。
図１において、加工装置１は、回転式のモータ（加圧用モータ）２及びエンコーダ３を含む電動機構４と、機械負荷（押圧部材）５と、圧力検出器６とを有している。
【００１３】
エンコーダ３は、モータ２の回転速度に応じた実モータ速度信号を生成する速度検出手段である。電動機構４は、回転運動を並進運動に変換する送りねじ機構であり、ねじ４ａと、ボールねじナット４ｂとを有している。ねじ４ａは、モータ２によって、その周方向へ回転される。ボールねじナット４ｂは、ねじ４ａの回転に伴って、ねじ４ａの軸方向へ変位する。
【００１４】
機械負荷５は、ボールねじナット４ｂに取り付けられている。機械負荷５の先端部は、加圧対象物（対象物）７と対向している。また、機械負荷５は、ボールねじナット４ｂとともに、ねじ４ａの軸方向へ変位する。加圧対象物７は、機械負荷５によって加圧される。圧力検出器６は、機械負荷５に取り付けられている。また、圧力検出器６は、例えばロードセルや各種力センサ等である。さらに、圧力検出器６は、機械負荷５の加圧対象物７への加圧時の圧力（力学的物理量）に応じた実圧力信号６ａを生成する。
【００１５】
モータ２の駆動は、モータ制御装置本体１０によって制御される。モータ制御装置本体１０は、圧力指令信号生成部１１、圧力制御部１２、速度制御部１３及び電流制御部１４を有している。圧力指令信号生成部１１は、加圧対象物に加える圧力の指令値である圧力指令値（物理量指令値）の信号、即ち圧力指令信号１１ａを生成する。
【００１６】
圧力制御部１２は、圧力指令信号生成部１１からの圧力指令信号１１ａの圧力指令値と、圧力検出器６からの実圧力信号６ａの実圧力値（物理量取得値）との偏差（差分）の信号１１ｂを受ける。また、圧力制御部１２は、圧力制御演算を実行して、圧力指令値と実圧力値との偏差に応じたモータ速度指令値を算出し、そのモータ速度指令値の信号であるモータ速度指令信号１２ａを生成する。この圧力制御部１２による圧力制御演算の一例としては、圧力指令値と実圧力値との偏差に、比例ゲインパラメータで定義される比例定数を乗じて、速度指令値を出力する比例制御が挙げられる。
【００１７】
速度制御部１３は、圧力制御部１２からのモータ速度指令信号１２ａのモータ速度指令値と、エンコーダ３からの実モータ速度信号３ａのモータ実速度との偏差（差分）の信号１２ｂを受ける。また、速度制御部１３は、速度制御演算を実行して、モータ速度指令値とモータ実速度との偏差に応じたモータ電流指令値を算出し、そのモータ電流指令値の信号であるモータ電流指令信号１３ａを生成する。この速度制御部１３による速度制御演算の一例としては、比例ゲインパラメータ及び積分ゲインパラメータの２つのパラメータに基づく比例＋積分制御等が挙げられる。
【００１８】
電流制御部１４は、速度制御部１３からのモータ電流指令信号１３ａを受ける。また、電流制御部１４は、モータ電流指令信号１３ａのモータ電流指令値に基づいて、モータ２に電力１４ａを供給する。
【００１９】
ここで、モータ制御装置本体１０は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ及びＲＡＭ等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）により構成することができる。モータ制御装置本体１０のコンピュータの記憶部には、圧力指令信号生成部１１、圧力制御部１２、速度制御部１３及び電流制御部１４の機能を実現するためのプログラムが格納されている。
【００２０】
次に、圧力指令信号生成部１１の演算処理について、より具体的に説明する。図２は、図１の圧力指令信号生成部１１の動作を示すフローチャートである。図２において、ステップＳ１１では、圧力指令信号生成部１１は、加圧したい圧力である目標圧力Ｐ１（物理量目標値）、現在保持している圧力である現在圧力Ｐ０、モータ最大速度Ｖmax、及び加圧対象物７の弾性定数Ｋを取得する。
【００２１】
ここで、目標圧力Ｐ１、モータ最大速度Ｖmax及び弾性定数Ｋについては、予め圧力指令信号生成部１１に登録された値を用いることができる。また、現在圧力Ｐ０については、圧力指令信号生成部１１が圧力検出器６の実圧力信号６ａから取得した実圧力値（即ち圧力検出器６を介して取得した実圧力値）を用いることができ、あるいは圧力指令信号生成部１１が推定して取得した実圧力値を用いることもできる。
【００２２】
続いて、ステップＳ１２では、圧力指令信号生成部１１は、加圧遷移時間τを、次の演算式を用いて算出する。
τ＝｜Ｐ１−Ｐ０｜／（Ｋ・Ｖmax）
【００２３】
そして、ステップＳ１３では、圧力指令信号生成部１１は、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を、次の式（１）を用いて算出する。
【００２４】
【数１】
2011145476.tif 000003
【００２５】
ここで、ｔは、時間を表すパラメータであり、ｔ＝０の時点は、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の現在圧力Ｐ０から目標圧力Ｐ１への変更の開始時点である。
【００２６】
図３は、図１の圧力指令信号生成部１１によって算出される圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の変化を示すグラフである。図３において、ｔ＝０の時点で圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の現在圧力Ｐ０から目標圧力Ｐ１へ向けた変化が開始され、t＝τの時点で、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）が目標圧力Ｐ１に到達する。ここで、t＝τを式（１）に代入すると、ｔ＝τにおける圧力指令値Ｐ＊（ｔ）が、目標圧力Ｐ１と一致することが確認される。
【００２７】
次に、実施の形態１の効果、特に、圧力指令信号生成部１１によって算出される圧力指令値による効果について説明する。一般的に、機械負荷５が加圧対象物７に接触しているときに、機械負荷５の移動量が大きくなるほど（図１では、機械負荷５が右方向に移動するほど）、大きな圧力が発生する。この特性を表すための値が加圧対象物７の弾性定数Ｋである。
【００２８】
この弾性定数Ｋは、モータ位置（回転角度）に対し、圧力がどれだけ発生するかを表す比例定数を表している。加圧対象物７の弾性定数Ｋが線形な特性を示す場合には、モータ位置をＸとし、圧力をＰとしたときに、定数Ｂを用いて、次の式（２）の関係が成立する。
Ｐ＝Ｋ・Ｘ＋Ｂ                            （２）
【００２９】
ここで、加圧対象物７に発生させる圧力を変化させるための制御を行うということは、機械負荷５、及びそれを駆動するモータ２の動作に着目すると、機械負荷５の位置あるいはモータ位置が、ある位置から別のある位置へ移動することに相当する。
【００３０】
従来の圧力制御系の構成では、ステップ的な変化をする圧力指令信号１１ａを与えているが、このようなステップ的な変化をする圧力指令信号１１ａを用いた場合には、モータ位置もステップ的な動作をしなければ、実圧力値の変化が圧力指令値の変化に十分に追従できないことになる。
【００３１】
また、モータ位置がステップ状に変化するためには、モータ位置を微分してなる信号である実モータ速度信号３ａ、及び速度制御部１３の参照信号となる速度指令信号１２ａが、その大きさが無限大でかつインパルス的な形状をとらなければならない。
【００３２】
これにより、ステップ的な変化をする圧力指令信号１１ａを与えると、実圧力値が圧力指令値に追従しようとするため、圧力制御部１２は、モータ位置がステップ状の変化を行うような速度指令信号、即ち速度指令信号が大きさ無限大のインパルス的な形状の速度指令信号１２ａを生成する。
【００３３】
また、圧力制御系の構成が、圧力制御のマイナーループが速度制御である構成（図１のように圧力制御部１２が、速度指令信号１２ａを生成する）に限らず、圧力指令値がステップ的に変化し、実圧力値がその圧力指令値に追従しようとする制御を行おうとすると、モータ速度は大きさ無限大でインパルス形状の動きをしようとする。一般的に、モータ２には通常出力できる最大速度であるモータ最大速度が存在するため、そのモータ最大速度よりも大きな速度指令値を与えることはモータ制御の観点から好ましくない。
【００３４】
仮に、モータ最大速度よりも大きな速度指令値を与えて制御を行う場合には、実モータ速度にオーバーシュートや振動が発生し、その結果、加圧対象物に加わる圧力にもオーバーシュートや振動といった好ましくない現象が発生する。また、圧力指令信号１１ａがステップ的ではなく、ある程度傾きを持たせて与える場合でも、その傾きが比較的大きい場合には、モータ最大速度を越えるような速度指令値の速度指令信号１２ａを与えてしまうことになる。
【００３５】
これに対して、実施の形態１では、図２に示すような処理に基づく圧力指令値を適用した場合、圧力指令値が変化する時間領域０≦ｔ≦τにおいて、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を、加圧対象物７の弾性定数Ｋで割って、微分した値を計算すると、Ｖmaxとなる。言い換えれば、圧力指令値を微分した値が、弾性定数とモータ最大速度との積になる。圧力制御部１２の参照信号となる圧力指令信号１１ａの圧力指令値を弾性定数Ｋで割った値は、式（２）より、圧力制御を行っているときのモータ位置を表す値となる。また、この値を微分することは、圧力制御を行っているときのモータ速度を表す値に相当する。
【００３６】
このことから、実施の形態１では、現在の圧力から目標とする圧力に変化させる圧力制御を行っている間、モータ２の速度がモータ最大速度以下となり、ステップ的な圧力指令信号や、傾きが比較的大きな圧力指令信号を加えたときに発生するオーバーシュートや、振動といった好ましくない現象の発生を防ぐことのでき、安定した圧力や力の制御を実現することができる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１では、モータ制御装置本体１０の圧力指令信号生成部１１が、圧力指令値を微分した値が加圧対象物の弾性定数Ｋ、及びモータ最大速度Ｖmaxの積以下になるように圧力指令値を生成する。この構成により、圧力指令値の変化の傾きがモータ最大速度Ｖmaxに対応した傾きとなることから、オーバーシュートの発生を抑えることができるとともに、実圧力値の指令圧力値に対する追従性を向上させることができる。
【００３８】
また、実施の形態１では、圧力指令値を変化させる際の圧力指令値の変化の傾きに定量的な指針を与えることができ、圧力指令値の変化の傾きをより適切に設定することができる。
【００３９】
ここで、実施の形態１の図２のフローチャートのステップＳ１において、モータ最大速度Ｖmaxを用いて圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を算出した。しかしながら、この例に限定するものではなく、モータ最大速度Ｖmaxの代わりに、モータ最大速度Ｖmax未満の任意の値Ｖｎを用いてもよい。この場合、圧力指令値を加圧対象物の弾性定数Ｋで割り、微分した値は、値Ｖｎ以下となり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
但し、実施の形態１のように、モータ最大速度Ｖmaxを用いて圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を算出する方式では、現在圧力Ｐ０から目標圧力Ｐ１に変化させる圧力制御を行っている間で、モータ２が出力できる範囲で最大の速度でモータ２を動作させて圧力制御を行っていることに相当し、素早く目標圧力Ｐ１に到達する圧力制御が実現できるという効果がある。
【００４０】
実施の形態２．
実施の形態１では、モータ２の最大速度に着目した構成について説明した。これに対して、実施の形態２では、モータ２の最大速度に加えて、モータ２の最大トルクに着目した構成について説明する。
【００４１】
一般的に、モータ２には、出力できる最大速度だけではなく、出力できる最大トルクが存在している。圧力制御中に、モータ２が出力できる最大トルクよりも大きなトルクを出力しようとすると、加圧対象物７に加わる圧力にオーバーシュートや振動といった好ましくない現象が発生する。例えば、圧力指令信号１１ａとしてステップ的に目標圧力を与えた場合には、このような現象が発生してしまう。
【００４２】
これに対して、実施の形態２では、このような現象の発生を防ぐために、圧力制御中に、モータ速度をモータ最大速度以下にするだけではなく、モータトルクをモータ最大トルク以下にすることが可能となる圧力指令値を算出する構成について説明する。
【００４３】
実施の形態２の構成は、圧力指令信号生成部２１以外は、実施の形態１と同様である。図４は、この発明の実施の形態２によるモータ制御装置の一部を示すブロック図である。図４において、実施の形態２の圧力指令信号生成部２１は、加圧対象物の弾性定数Ｋ、目標圧力Ｐ１、及びモータ最大速度Ｖmaxの情報に加えて、モータ最大トルクＴmax、及び機械総イナーシャＪの情報を予め記憶している。圧力指令信号生成部２１は、これらの情報と、現在圧力Ｐ０とに基づいて、圧力指令値を算出し、その信号である圧力指令信号２１ａを生成する。
【００４４】
なお、現在圧力Ｐ０については、実施の形態１と同様に、圧力指令信号生成部２１が圧力検出器６の実圧力信号６ａから取得した実圧力値を用いることができ、あるいは圧力指令信号生成部２１が実圧力を推定して取得した値を用いることもできる。
【００４５】
ここで、機械総イナーシャＪとは、モータ２が駆動したときに動く部分のイナーシャであり、図１では、モータ２のイナーシャ、電動機構４のイナーシャ、機械負荷５のイナーシャ、及び圧力検出器６のイナーシャを合計したイナーシャに相当する。
【００４６】
次に、圧力指令信号生成部２１の演算処理について、具体的に説明する。図５は、図４の圧力指令信号生成部２１の動作を示すフローチャートである。図５において、ステップＳ２１では、圧力指令信号生成部２１は、圧力指令生成情報として、目標圧力Ｐ１、現在圧力Ｐ０、モータ最大速度Ｖmax、モータ最大トルクＴmax、機械総イナーシャＪ、及び加圧対象物７の弾性定数Ｋを取得する。
【００４７】
ステップＳ２２では、圧力指令信号生成部２１は、定数Ａ＝Ｔmax／Ｊを算出する。ここで、定数Ａは、モータ２がイナーシャＪの機械に対しモータ最大トルクで駆動したときに出力できる加速度に相当する定数である。
【００４８】
続いて、ステップＳ２３では、圧力指令信号生成部２１は、現在圧力Ｐ０、目標圧力Ｐ１、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、及びモータ最大速度Ｖmaxに基づいて、次の式（３）が成立するか否かを確認する。
｜Ｐ１−Ｐ０|  ＜  Ｋ・Ｖmax＾２／Ａ                （３）
ここで、式（３）における「Ｖmax＾２」はＶmaxの二乗を表すものである。
【００４９】
このときに、圧力指令信号生成部２１は、式（３）が成立したことを確認した場合には、ステップＳ２４，２５の処理を順に実行する。他方、圧力指令信号生成部２１は、式（３）が成立していないことを確認した場合には、ステップＳ２６，２７の処理を順に実行する。
【００５０】
そして、ステップＳ２４では、圧力指令信号生成部２１は、定数τ０を、次の式（４）を用いて算出する。
【００５１】
【数２】
2011145476.tif 000004
【００５２】
ここで、以下では、Ｐ１＞Ｐ０の場合について説明を行う。
ステップＳ２５では、圧力指令信号生成部２１は、定数τ０とパラメータｔと次の式（５）とを用いて、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を算出する。
【００５３】
【数３】
2011145476.tif 000005
【００５４】
また、圧力指令信号生成部２１は、ステップＳ２３において、式（３）が成立していないことを確認した場合には、ステップＳ２６にて、次の式（６）を用いて、定数τ０，τ１を算出する。
【００５５】
【数４】
2011145476.tif 000006
【００５６】
そして、ステップＳ２７では、圧力指令信号生成部２１は、パラメータｔと次の式（７）とを用いて圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を算出する。
【００５７】
【数５】
2011145476.tif 000007
【００５８】
なお、ここでは、Ｐ１＞Ｐ０の場合について説明を行ったが、Ｐ０＞Ｐ１の場合には、式（５）及び式（７）における圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を表す式において、Ｐ０，Ｐ１の項以外の符号を反転させることにより、同様に実現することができる。
【００５９】
次に、実施の形態２による圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を用いることにより、圧力制御を行っている間で、モータ２の速度がモータ最大速度Ｖmaxを超えないことについて説明する。
【００６０】
圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を弾性定数Ｋで割って、微分した値を算出すると、実施の形態１でも説明したように、この値は、実圧力値が圧力指令値に対して追従している場合の速度指令値に相当し、ステップＳ２５の場合、次の式（８）のようになる。
【００６１】
【数６】
2011145476.tif 000008
【００６２】
ここで、０≦t≦τ０におけるＡｔは、t＝τ０のときに最大値をとることから、次の関係となる。
【００６３】
【数７】
2011145476.tif 000009
【００６４】
この式の２番目の不等式は、ステップＳ２３の条件が成立することによるものである。
これと同様に、τ０≦t≦２τ０の場合におけるＡ（２τ0−t）は、t＝τ0のときに最大値をとることから、次の関係となる。
【００６５】
【数８】
2011145476.tif 000010
【００６６】
このことから、いずれの場合でも、モータの最大速度であるＶmaxを超えないことがわかる。これと同様に、ステップＳ２７の場合で圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を算出した場合でも、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）をＫで割って、微分した値は、次の式（９）のようになる。
【００６７】
【数９】
2011145476.tif 000011
【００６８】
これにより、式（９）の最大値がＶmax以下であることがわかる。以上により、ステップＳ２５，２７のいずれの場合をとっても、現在圧力Ｐ０から目標圧力Ｐ１に圧力を変化させる圧力制御中に、モータ速度がモータ最大速度Ｖmax以下になることがわかる。
【００６９】
次に、実施の形態２による圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を用いることにより、圧力制御を行っている間で、モータ２のトルクがモータ最大トルクＴmaxを超えないことについて説明する。ステップＳ２５において圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を生成する場合において、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を二回微分した値を、弾性定数Ｋで割って、機械総イナーシャＪを乗じた値は、次の式（１０）のようになる。
【００７０】
【数１０】
2011145476.tif 000012
【００７１】
また、ステップＳ２７において圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を生成する場合において、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を二回微分した値を、弾性定数Ｋで割って、機械総イナーシャＪを乗じた値は、次の式（１１）のようになる。
【００７２】
【数１１】
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【００７３】
このように、ステップＳ２５，２７のいずれの場合でも、演算結果は最大でＡ・Jとなる。ここで、定数Ａは、Ａ＝Ｔmax／Ｊなので、Ａ・J＝Ｔmaxであり、圧力指令値を二回微分した値を、弾性定数Ｋで割って、機械総イナーシャＪを乗じた値がモータ最大トルクＴmax以下となることがわかる。
【００７４】
次に、実施の形態２の効果について説明する。実施の形態１で説明したように、圧力指令信号２１ａをステップ状に与えた場合には、モータ速度がインパルス状の動きをしないと、これに追従する圧力は実現されない。さらに、もう一度微分したモータ加速度も、大きさ無限大のインパルス状になる。ここで、モータ加速度に機械総イナーシャＪをかけた値がモータ２のトルクに相当するため、インパルス的な圧力指令信号２１ａに追従しようとして、大きさ無限大のトルクが必要になる。
【００７５】
また、圧力指令信号２１ａをステップ状ではなく、傾きを付けた圧力指令信号２１ａを生成しても、圧力指令値の一回微分値は、ある大きさ以下になるが、二回微分値に対してはある値以下になるという保証がない。このために、モータ最大トルクＴmax以上のトルクを発生させてモータ２を駆動しようとする場合があるため、トルクにオーバーシュートや振動が発生し、その結果、加圧対象物７に加わる圧力にもオーバーシュートや振動といった好ましくない現象が発生する可能性がある。
【００７６】
さらに、実施の形態１で説明したように、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を微分して弾性定数Ｋで割った値は、圧力指令値に完全に追従した場合のモータ速度に相当する。従って、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を二回微分して弾性定数Ｋで割った値は、圧力指令値に完全に追従した場合のモータ２の加速度に相当する。また、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を二回微分して弾性定数Ｋで割った値に機械総イナーシャＪをかけた値は、現在圧力Ｐ０から目標圧力Ｐ１への圧力制御におけるモータ２の加減速動作に要するトルクに相当する。
【００７７】
このように、実施の形態２では、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の二回微分値を弾性定数Ｋで割って、機械総イナーシャＪを乗じた値がモータ最大トルクＴmax以下になるように、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）を算出する。この構成により、圧力制御中のモータトルクがモータ最大トルクＴmax以下となり、圧力指令信号２１ａをステップ状に与えた場合のような上記の好ましくない現象を防止することができるという効果がある。
【００７８】
ここで、図５のフローチャートに従って生成した圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の微分値の変化パターン（微分信号の概形）を、式（８）に基づいて描いたのが図６である。この図６に示すように、微分値の変化の傾きは、Ａ・Ｋであり、全体の変化パターンの三角状（二等辺三角形状）となっている。
【００７９】
前述のように、圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の微分値を弾性定数Ｋで割った値は、圧力制御中のモータ速度に相当する。つまり、圧力指令値の微分値の全体の変化パターンが三角形状になるということは、モータ２から見ると、図５のステップＳ２１で取得されたモータ最大トルクＴmax以下のトルクで直線的に加速し、直線的に減速するＢａｎｇ−Ｂａｎｇ制御の状態で、なるべく速く圧力を上昇もしくは下降させようとモータ２を動作させることを意味する。
【００８０】
これと同様に、図５のフローチャートに従って生成した圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の微分値の変化パターン（微分信号の概形）を、式（９）に基づいて描いたのが図７である。この図７に示すように、微分値の全体の変化パターンが台形状となっている。圧力指令値Ｐ＊（ｔ）の微分値の変化パターンが台形状になるということは、モータ２から見ると、図５のステップＳ２１で取得されたモータ最大トルクＴmax以下のトルクで直線的に加速し、加速が終了したら、モータ最大速度Ｖmax以下の速度を維持し、最後にモータ最大トルクＴmax以下のトルクで直線的に減速する動作をさせることを意味する。
【００８１】
この場合も、やはりＢａｎｇ−Ｂａｎｇ制御の状態で、圧力を上昇もしくは下降させようとモータを動作させる。即ち、圧力のオーバーシュートや振動といった好ましくない現象の要因となる、圧力制御中にモータ速度がモータ最大速度を越える、あるいは、モータトルクがモータ最大トルクを超える現象を防ぎつつ、モータ２の性能を最大限使用して加圧対象物７に付加する圧力をなるべく速く上昇もしくは下降させる制御を行うことが可能となる。
【００８２】
なお、実施の形態２では、図５のステップＳ２１において、モータ最大トルクＴmaxを用いて一連の処理を行った。しかしながら、この例に限定するものではなく、モータ最大トルクＴmaxの代りにモータ最大トルクより小さい任意の値Ｔｎを使用してもよい。このとき、Ｔmaxの代りにＴｎを使用すると、Ｔmaxを使用したときと同様に、圧力指令値を二回微分し、弾性定数Ｋで割り、機械総イナーシャＪがＴｎ以下になることが示せ、圧力制御中のモータトルクがＴｎ以下となる。
【００８３】
また、図５のフローチャートによらず、圧力指令値を二回微分して、弾性定数Ｋで割って、機械総イナーシャＪをかけた値が、モータ最大トルク以下になれば、圧力制御中のモータトルクを、モータ最大トルク以下にすることができる。
【００８４】
実施の形態３．
圧力制御において、加圧対象物７に加える圧力を変更せずに、加圧対象物に一定の圧力を保持するだけでも、保持のためにモータ２にトルクを発生させる必要がある。具体的に、加圧対象物７に圧力・力を加えると、作用・反作用の原理により、機械負荷５にも向きが反対で、同じ大きさの圧力・力が加わる。反作用として発生する圧力・力に対抗するために、モータ２に反作用分の圧力・力に相当するトルクを発生させて、加圧対象物７に加える圧力を保持する必要がある。特に、制御する圧力・力が比較的大きい場合には、この保持トルクを考慮して制御を行う必要がある。実施の形態３では、この保持トルクを考慮した構成について説明する。
【００８５】
はじめに、保持トルクを求める方法について説明する。図１のように、送りねじ機構をモータに直結することにより回転運動を並進運動に変換する場合、力Ｐを保持するための保持トルクＴｐは、送りねじ機構（ボールねじ）のリードをＬとしたとき、Ｔｐ＝Ｐ×Ｌ／（２π）で算出可能となる。これは、モータ２にトルクＴが発生したときに、ボールネジナットで発生する力Ｆを計算する際に使用する計算式Ｐ＝２π／Ｌ×Ｔから得られる式である。
【００８６】
また、モータと送りねじ機構とを直結にせずに、減速機やタイミングベルト等の変速機構を介して変速してから、送りねじ機構とモータとを結合する場合、保持トルクＴｐは、変速比（ギア比）をＮとしたとときに（モータ速度が変速機構を介することによりＮ倍に変換される）、Ｔｐ＝Ｎ×Ｐ×Ｌ／（２π）で算出可能となる。
【００８７】
次に、実施の形態３の構成について説明する。実施の形態３の構成は、圧力指令信号生成部３１以外は、実施の形態１と同様である。図８は、この発明の実施の形態３によるモータ制御装置の一部を示すブロック図である。図８において、圧力指令信号生成部３１は、加圧対象物の弾性定数Ｋ、目標圧力Ｐ１、モータ最大速度Ｖmax、モータ最大トルクＴmax、及び機械総イナーシャＪの情報に加えて、加圧対象物７に加える圧力を保持するための保持トルクＴ１の情報を予め記憶している。また、圧力指令信号生成部２１は、これらの情報と、圧力検出器６からの実圧力信号６ａから取得、あるいは推定により取得した現在圧力Ｐ０とに基づいて、圧力指令値を算出し、その信号である圧力指令信号３１ａを生成する。
【００８８】
次に、圧力指令信号生成部３１の演算処理について、具体的に説明する。図９は、図８の圧力指令信号生成部３１の動作を示すフローチャートである。なお、図９のステップＳ３１，Ｓ３２以外の処理（ステップＳ２３〜２７）は、実施の形態２と同様であり、ここでは、実施の形態２との違いを中心に説明する。
【００８９】
図９において、ステップＳ３１では、圧力指令信号生成部３１は、圧力指令生成情報として、目標圧力Ｐ１、現在圧力Ｐ０、モータ最大速度Ｖmax、モータ最大トルクＴmax、機械総イナーシャＪ、及び保持トルクＴ１を取得する。
【００９０】
ここで、保持トルクＴ１の一例としては、電動機構４としての送りねじ機構のリードをＬとした場合に、Ｐ１＞Ｐ０のときには、Ｔ１＝Ｐ１×Ｌ／（２π）であり、Ｐ０＞Ｐ１のときには、Ｔ１＝Ｐ０×Ｌ／（２π）と算出する、即ち、現在圧力Ｐ０及び目標圧力Ｐ１のうち、大きい圧力から計算される保持トルクを算出すること等が挙げられる。
【００９１】
続いて、ステップＳ３２では、圧力指令信号生成部３１は、定数Ａ＝（Ｔmax−Ｔ１）／Ｊを算出する。定数Ａは、最大トルクから保持トルクを引いて得られるトルクで機械負荷を駆動したときのモータ２の最大加速度を表している。この後の処理については、実施の形態２と同様である。
【００９２】
次に、実施の形態３の効果について説明する。はじめに、図９のステップＳ２３以降は、実施の形態２と同じであるため、実施の形態２で得られた効果、即ち圧力制御中にモータ速度がモータ最大速度以下になるという効果が、実施の形態３でも得られる。
【００９３】
また、実施の形態３では、図９のステップＳ３２の処理が、実施の形態２の図５のステップＳ２２の処理における最大トルク以下のトルクＴｎとして、Ｔmax−Ｔ１を使用した処理に相当している。このため、実施の形態３でも、現在圧力Ｐ０から目標圧力Ｐ１への圧力制御のモータ２の加減速動作に要するトルクはＴｎ以下になる。現在圧力Ｐ０、あるいは目標圧力Ｐ１を保持するための保持トルクＴ１が無視できないほど大きい場合には、モータ２の加減速動作に要するトルクＴｎと、保持トルクＴ１との和（即ち以下の演算式）が、モータ最大トルクＴmaxを超えない。
Ｔｎ＋Ｔ１＝（Ｔmax−Ｔ１）＋Ｔ１＝Ｔmax
このため、モータ最大トルクＴmaxよりも大きなトルク指令を与えることで発生する圧力のオーバーシュートや振動等の好ましくない現象を防ぐことができる。
【００９４】
なお、実施の形態１〜３では、圧力制御に関する構成について説明したが、実施の形態１〜３の圧力制御を、そのまま力制御に置き換えることもできる。即ち、力学的物理量として力を用いることもできる。
【００９５】
また、実施の形態１〜３では、回転型モータを使用し、回転運動を並進運動に変換することにより、機械負荷を加圧対象物に加圧を行う圧力制御の例について説明を行った。しかしながら、回転型モータに代えてリニアモータを使用した場合でも、本発明を適用することができる。この場合、実施の形態２，３においては、モータ２、電動機構４及び機械負荷５の総質量に機械総イナーシャを置き換えて、モータ最大推力にモータ最大トルクを置き換えることによって、実施の形態２，３と同様の処理を適用することができる。さらに、実施の形態３においては、送りねじ機構を使用せずに、リニアモータを使用して機械負荷を駆動することによって、圧力制御を行う場合は、発生した力（推力）がそのまま保持推力となる。
【００９６】
また、実施の形態１〜３では、圧力検出器６を用いたが、この圧力検出器６を省略してもよい。この場合、モータの電流や速度情報から圧力を推定し、この推定値に基づいて、圧力を制御してもよい。
【００９７】
さらに、実施の形態１の図１では、圧力制御のマイナーループが速度制御ループ（圧力制御部１２の出力がモータ速度指令）である構成例を示した。しかしながら、マイナーループとして位置制御ループあるいは電流制御ループを用いたり、現代制御論に基づく制御系設計手法を用いたり、フィードフォワード制御を併用した制御系の構成を用いてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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